資源簡(jiǎn)介

4.2配合物的形成和應(yīng)用(第2課時(shí))
一、核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)
1、能聯(lián)系配合物的組成和結(jié)構(gòu)解釋相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；
2、認(rèn)識(shí)生命體中配位化合物的功能，列舉配合物在藥物開發(fā)和催化劑研制等領(lǐng)域的重要應(yīng)用。
二、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)
重點(diǎn) 能聯(lián)系配合物的組成和結(jié)構(gòu)解釋相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
難點(diǎn) 能聯(lián)系配合物的組成和結(jié)構(gòu)解釋相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
三、教學(xué)方法
講授法、討論法
四、教學(xué)工具
PPT
五、教學(xué)過(guò)程
一、配合物的形成對(duì)性質(zhì)的影響
【展示】銀氨溶液的制備過(guò)程
【講述】1、溶解性的影響
AgCl→[Ag(NH3)2]Cl,由不溶于水的沉淀,轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒奈镔|(zhì)。
【生】化學(xué)方程式：AgCl+ 2NH3 == [Ag(NH3)2]Cl
離子方程式：AgCl+ 2NH3 == [Ag(NH3)2]+ + Cl-
[Ag(NH3)2]+ 二氨合銀離子
中心離子：Ag+
配體：NH3
配位數(shù)：2
2、顏色的改變
當(dāng)簡(jiǎn)單離子形成配離子時(shí)其性質(zhì)往往有很大變化。顏色變化就是一種常見的現(xiàn)象,我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷是否有配離子生成。
【展示】硫氰化鐵配離子的顏色
【講述】Fe3+與SCN-在溶液中可生成配位數(shù)為1~6的配離子,這些配離子的顏色是紅色的。
SCN-作為配體與Fe3+配位，顯紅色，用于檢驗(yàn)Fe3+
【生】Fe3+ + SCN- Fe(SCN)2+
Fe(SCN)2+ + SCN- Fe(SCN)2+
…………
Fe(SCN)52- + SCN- Fe(SCN)63-
穩(wěn)定性增強(qiáng)
【展示】血紅素與CO及與O2分子形成的配位鍵過(guò)程。
【講述】例如,血紅素中的Fe2+與CO分子形成的配位鍵比Fe2+與O2分子形成的配位鍵強(qiáng),因此血紅素中的Fe2+與CO分子結(jié)合后,就很難再與O2分子結(jié)合,導(dǎo)致血紅素失去輸送氧氣的功能,這是CO使人體中毒的原理。
【問(wèn)】思考：[Cu(H2O)4]2+和[Cu(NH3)4]2+哪個(gè)配位離子更穩(wěn)定？原因是什么？
【生】[Cu(NH3)4]2+更穩(wěn)定。
因?yàn)镹和O都有孤電子對(duì)，但O電負(fù)性大，吸引孤電子對(duì)的能力強(qiáng)，
故NH3提供孤電子對(duì)的能力比H2O大。
【問(wèn)】思考：NH3與Cu2+形成配合物，但NF3很難與Cu2+形成配合物，原因是什么？
【生】電負(fù)性：F > N ，使得NH3提供孤電子對(duì)的能力大于NF3。
【講述】配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強(qiáng)，配合物越穩(wěn)定。當(dāng)中心離子相同時(shí)，配合物的穩(wěn)定性與配體的性質(zhì)有關(guān)。
配合鍵的穩(wěn)定性
電子對(duì)給予體形成配位鍵的能力：NH3 > H2O
接受體形成配位鍵的能力：H+ > 過(guò)渡金屬> 主族金屬
配位鍵越強(qiáng)，配合物越穩(wěn)定： Cu2+——OH- < Cu2+——NH3 < H+——NH3
二、配合物的應(yīng)用
【講述】配合物在許多方面有著廣泛的應(yīng)用。
在化學(xué)分析中，人們常用形成配合物的方法來(lái)檢驗(yàn)金屬離子、分離物質(zhì)、定量測(cè)定物質(zhì)的組成。
【問(wèn)】檢驗(yàn)Fe3+的試劑和檢驗(yàn)醛基的試劑分別是什么？
【生】KSCN溶液 銀氨溶液
【講述】在生產(chǎn)中，配合物被廣泛應(yīng)用于染色、電鍍、硬水軟化、金屬冶煉領(lǐng)域。
例如，夾心配位化合物二茂鐵具有高度的熱穩(wěn)定性，常被用作燃料的催化劑和抗爆劑，它的節(jié)能消煙效果也非常好。
【展示】二茂鐵的圖片。
【講述】配位化合物在羊毛染色過(guò)程中的作用
為了使羊毛呈現(xiàn)不同的色彩，同時(shí)在洗滌和光照的條件下不易褪色，我們可以在染色過(guò)程中，使用金屬鹽（如鉻、鋁、鐵、銅鹽等）對(duì)其進(jìn)行處理。因羊毛和染料中都含有可與金屬離子配位的基團(tuán)（—NH2、—COOH），染色時(shí)，金屬離子和染料及羊毛之間發(fā)生反應(yīng)，生成體積較大、溶解度小的配合物，使染料堅(jiān)固地附著在纖維上，從而改變羊毛的顏色。
在生命科學(xué)、抗癌藥物、催化劑研制、激光材料、超導(dǎo)材料等許多尖端研究領(lǐng)域中，配合物發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。
配合物在生命體中有著非常重要的作用。
許多酶的作用與其結(jié)構(gòu)中含有形成配位鍵的金屬離子有關(guān)。
生物體中能量的轉(zhuǎn)換、傳遞或電荷轉(zhuǎn)移，化學(xué)鍵的形成或斷裂以及伴隨這些過(guò)程出現(xiàn)的能量變化和分配等，常與金屬離子和有機(jī)體生成的復(fù)雜配合物所起的作用有關(guān)。
以Mg2+為中心的大環(huán)配合物葉綠素能催化光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。
能輸送O2的血紅素是Fe2+的卟啉配合物，鐵在血紅蛋白、肌紅蛋白和細(xì)胞色素分子中都以Fe2+與原卟啉環(huán)形成配合物的形式存在。
【展示】葉綠素的結(jié)構(gòu)示意圖、血紅素的結(jié)構(gòu)示意圖
【講述】生物體內(nèi)的許多酶都包含鋅的配合物，已報(bào)道的含鋅酶有80多種，如羧肽酶A和碳酸酶等。當(dāng)人體缺鋅時(shí)，許多酶的活性降低，引起相關(guān)代謝紊亂，可使人體發(fā)育和生長(zhǎng)受阻。
配位化合物在生命體中扮演著十分重要的角色，而金屬中毒的一個(gè)重要原因就是高濃度的外來(lái)金屬離子取代了生物分子中的已有金屬元素，生成了較為穩(wěn)定的配位化合物，如Be2+取代激活酶中的Mg2+使激活酶失去活性，從而使人中毒。
如果選用合適的物質(zhì)（如檸檬酸鈉等）提供配位體，可以減輕金屬中毒對(duì)人體造成的傷害。
藥物中的配合物
有些具有治療作用的金屬離子因其毒性大、刺激性強(qiáng)、難吸收等缺點(diǎn)而不能直接應(yīng)用于臨床實(shí)踐，但若把它們變成配合物就能降低毒性和刺激性，利于吸收。
例如，順鉑（順式二氯二氨合鉑）是美國(guó)化學(xué)家羅森伯格（B. Rosenborg）等人于1969年發(fā)現(xiàn)的第一種具有抗癌活性的金屬配合物。臨床研究表明，它是一種有效的廣譜抗癌藥物，對(duì)人體的泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)的惡性腫瘤以及甲狀腺癌、食道癌、喉癌、頭頸部癌等均有顯著的治療效果，但它對(duì)腎臟產(chǎn)生的明顯傷害以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明的致畸作用使它難以推廣。20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的第二代鉑類抗癌藥物，如碳鉑等已用于臨床。
將大氣中游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的過(guò)程叫氮的固定。常溫、常壓下的固氮問(wèn)題是對(duì)人類智慧的一次挑戰(zhàn)。
早在1888年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)豆科植物的根瘤菌能將大氣中游離的N2轉(zhuǎn)化為NH3，這一直吸引著世界范圍內(nèi)一大批杰出科學(xué)家的高度關(guān)注。
模擬生物固氮首先要了解固氮酶的組成。化學(xué)家實(shí)現(xiàn)常溫常壓固氮的努力沿兩條不同的途徑進(jìn)行。
一條途徑是設(shè)法通過(guò)模型化合物的研究，合成生物固氮酶。1992年，J. Kim和D. C. Rees成功地分離出固氮酶并給出X射線分析的結(jié)構(gòu)。
另一條途徑是通過(guò)過(guò)渡金屬的N2分子配合物活化 氮氮三鍵。我們相信，通過(guò)科學(xué)家堅(jiān)持不懈的努力，人工常溫常壓固氮一定能實(shí)現(xiàn)。
配合物的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用
當(dāng)具有空軌道的過(guò)渡金屬原子或離子遇到可提供孤電子對(duì)的分子或離子時(shí)，它們之間就會(huì)以配位鍵結(jié)合形成配位化合物。配合物的中心原子、配位體的種類和數(shù)目不同，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性。
通過(guò)研究配位化合物的結(jié)構(gòu)和組成特征，人們可以發(fā)現(xiàn)和制備出更多具有特殊功能的配合物，以滿足生產(chǎn)、生活的多樣化需求。基于微觀結(jié)構(gòu)探討物質(zhì)的性質(zhì)和用途，這是化學(xué)學(xué)習(xí)和研究過(guò)程中重要的科學(xué)思想。
【課堂小結(jié)】師生一起回顧和總結(jié)。
【課堂練習(xí)】
1、能區(qū)別[Co(NH3)4Cl2]Cl和[Co(NH3)4Cl2]NO3兩種溶液的試劑是（ ）。
A.AgNO3溶液 B.NaOH溶液
C.CCl4 D.濃氨水
答案：A
2、指出下列各配合物中的配離子、中心離子、配位體、配位數(shù)和配位原子。
① K3[Fe(CN)6]
②(NH4)2[PtCl6]
③[Cd(NH3)4](OH)2
答案：① K3[Fe(CN)6] === 3K+ + [Fe(CN)6]3-
配離子：[Fe(CN)6]3-
配位體：CN- 配位原子：C
中心離子：Fe3+
配位數(shù)：6
② (NH4)2[PtCl6] === 2NH4 + [PtCl6]2-
配離子：[PtCl6]2-
配位體：Cl- 配位原子：Cl
中心離子：Pt4+
配位數(shù)：6
③[Cd(NH3)4](OH)2 === [Cd(NH3)4]2+ + 2OH-
配離子：[Cd(NH3)4]2+
配位體：NH3 配位原子：N
中心離子：Cd2+
配位數(shù)：4

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